Introducción al alambre del Platino-rodio

El alambre de platino-rodio se describe normalmente por sus propiedades, y la descripción es tan precisa como la de una fotografía de un puente: muestra el objeto y no dice nada sobre su uso. El alambre tiene un uso dominante, y ese uso impone un requisito que ninguna lista de propiedades puede expresar.

El requisito es un voltaje. Un alambre de platino-rodio es una pata de un termopar, y un termopar produce una fuerza electromotriz que depende de la diferencia de temperatura entre sus dos uniones y de la diferencia entre las dos aleaciones. Ninguna pata produce ese voltaje por sí sola. Una bobina certificada como platino con 13 % de rodio es un material con una composición, y se convierte en un sensor de temperatura solo cuando se une a un alambre del tipo correspondiente.

Todo lo que sigue se deriva de ese hecho: los grados están fijados por el tipo y no se pueden elegir libremente, la propiedad que importa es la estabilidad del voltaje y no la conductividad, el precio está dominado por el rodio y los fallos en servicio son cambios en el voltaje y no roturas.

Los Grados Están Fijados por el Tipo

Hay tres tipos de termopares de metales nobles en uso industrial ordinario, y cada uno nombra ambas patas. El alambre se compra como una pata emparejada de un tipo nombrado, no como una aleación seleccionada de un catálogo.

Dos características de esa tabla tienen la mayor parte de las consecuencias de compra. La primera es que la tolerancia se define en un rango establecido, y el rango termina antes de las temperaturas por las que estos termopares son famosos. Un par de tipo R o S utilizado a 1.600 °C está fuera del rango sobre el cual el estándar define su error, lo que no significa que no se pueda usar. Significa que la afirmación de precisión ya no se aplica.

La segunda es que el tipo B tiene una pata positiva con 30 % de rodio y una pata negativa con 6 %. Es el único de los tres donde ambas patas contienen rodio, y también es el que tiene casi ninguna salida cerca de la temperatura ambiente, razón por la cual un circuito de tipo B se utiliza sin compensación de unión fría. El voltaje en el extremo frío es lo suficientemente pequeño como para ignorarlo en el rango ambiental habitual.

La Conductividad Es la Propiedad Equivocada

La descripción habitual enumera la excelente conductividad eléctrica como una ventaja. Para este material, la afirmación es casi lo opuesto a la verdad. El platino y sus aleaciones de rodio son malos conductores en comparación con el cobre, y un termopar funciona debido a la diferencia en la potencia termoeléctrica entre dos aleaciones, no porque alguna de ellas conduzca bien.

La propiedad que realmente se compra es la reproducibilidad del voltaje frente a la temperatura, y tiene tres partes. La primera es la composición de la aleación, que el tipo fija. La segunda es la homogeneidad del alambre a lo largo de su longitud, porque un termopar informa la integral de la temperatura a lo largo del alambre donde existe un gradiente de composición o tensión. La tercera es la función de referencia publicada para el tipo, que convierte el voltaje medido en una temperatura y está definida por el estándar y no por el proveedor.

La homogeneidad es la parte que los compradores subestiman. Un alambre que cumple con la composición y la tolerancia aún puede leer mal después de haber sido doblado, sujetado o contaminado a lo largo de parte de su recorrido, porque la sección dañada genera su propio voltaje. Ninguna calibración del par elimina ese error, ya que la calibración se aplica al par tal como se probó.

Lo Que Una Bobina Puede Prometer, y Lo Que Necesita el Par

Las clases de tolerancia son donde esto se vuelve comercial. Tanto los estándares estadounidenses como los internacionales definen límites de error para un termopar, y esos límites están escritos contra un par. Un proveedor puede certificar una sola bobina según la composición y el diámetro, y no puede certificar su precisión como sensor sin la pata correspondiente.

Los números en el certificado merecen ser mencionados, porque la dispersión entre clases es grande en comparación con las temperaturas involucradas. Para los tipos R y S, el límite de error estándar sobre 0 a 1.450 °C es de más o menos 1.5 °C, y el límite especial es de más o menos 0.6 °C o 0.1 % de la lectura, el que sea mayor. Para el tipo B, el límite sobre 800 a 1.700 °C se expresa como un porcentaje de la lectura, en 0.5 % para la clase estándar, con una clase más estricta disponible.

Un comprador que solicita límites especiales y recibe límites estándar ha recibido alambre que todavía está dentro de su propia especificación y no es lo que el programa de calibración asumió. La clase de tolerancia pertenece al pedido, junto con el estándar y la edición, porque los dos sistemas no utilizan tablas idénticas.

El Rodio Es la Mayor Parte de la Factura

El rodio es uno de los metales más caros en uso comercial y se negocia en un mercado más delgado que el platino. Ese único hecho reorganiza el costo de cada alambre en la tabla anterior, y lo reorganiza de manera diferente para cada grado.

La tabla es aritmética, no una lista de precios, y está ahí para mostrar una forma. Con un contenido de rodio del 6 %, el alambre se comporta como una compra de platino con un recargo de rodio. Al 30 %, la posición se invierte, y el alambre se comporta como una compra de rodio con una adición de platino. Entre esos dos puntos, el mismo movimiento en el precio del rodio cambia la factura en un factor que depende completamente de qué grado está en el pedido.

Se derivan dos consecuencias comerciales. La primera es que una cotización sin una base de precio no es una cotización en absoluto para este material, ya que el contenido de metal puede moverse entre la consulta y la entrega en más que el costo de conversión. La segunda es que la recuperación de chatarra y recortes es parte de la economía y no una ocurrencia tardía, porque el metal en un lote fallido sigue siendo el metal.

Qué Termina un Termopar en Servicio

El modo de fallo de un termopar de metal noble rara vez es un alambre roto. Es un voltaje que deja de coincidir con la temperatura, y las causas son químicas y metalúrgicas.

La primera fila es la que termina la mayoría de las instalaciones prematuramente. Un alambre de platino-rodio dentro de un tubo cerámico está protegido del horno y no del tubo. Los refractarios de sílice, algunos cementos aislantes y las camisas metálicas a alta temperatura se convierten en fuentes de contaminación, y el error resultante aparece como un sesgo lento que el operador compensa ajustando el punto de ajuste.

La tercera fila explica un patrón que sorprende a los equipos de mantenimiento. El alambre no se debilita gradualmente. Se recristaliza, los granos crecen hasta que la sección transversal es una cadena de unos pocos cristales, y el siguiente ciclo térmico lo rompe. El soporte a lo largo del recorrido y un radio de curvatura mínimo posponen ese resultado, y el enderezamiento repetido lo acelera.

Qué Escribir en el Pedido

Cinco elementos componen la especificación, y los dos primeros son los que con más frecuencia se dejan al proveedor.

El último elemento es donde un equipo de compras se gana su sustento. Un certificado de composición es económico y responde a una pregunta sobre la aleación. Una calibración del par, o una prueba de homogeneidad a lo largo de la longitud, responde a una pregunta sobre la medición y cuesta en consecuencia. Pedir lo primero mientras se asume lo segundo es el malentendido más común en esta línea de productos.

Dónde Encaja DLX

DLX suministra alambre de platino-rodio y la pata de platino correspondiente de Changzhou, Jiangsu, en los tipos y diámetros estándar, con la composición y el diámetro reportados contra el pedido. Los mismos trabajos cubren las aleaciones de termopares a base de níquel donde la temperatura es más baja y el presupuesto es diferente, junto con los tubos de protección y los accesorios que deciden cuánto dura cada alambre.

Dos preguntas resuelven la mayoría de las consultas. La primera es qué tipo y qué pata, porque eso fija la aleación y la base del precio. La segunda es qué tiene que demostrar el certificado, porque una declaración de composición y una calibración responden a preguntas diferentes y tienen costos diferentes.

Preguntas que Hacen los Compradores

¿Es el alambre de platino-rodio un sensor por sí solo?

No. Es una pata de un termopar. El voltaje aparece cuando se une a la pata correspondiente en una unión de medición y los otros extremos se mantienen a una temperatura de referencia conocida. Una bobina puede ser certificada por composición y diámetro, y su precisión como sensor existe solo como parte de un par.

¿Qué tipo se debe especificar, B, R o S?

Tipo B para la parte superior del rango, donde la tolerancia se define de 800 a 1.700 °C y ambas patas contienen rodio. Tipos R y S para trabajos de hasta aproximadamente 1.450 °C, donde la tolerancia se define a partir de 0 °C y la pata negativa es platino puro. El tipo S es el estándar más antiguo y el tipo R el más reciente de los dos, y no son intercambiables en un bucle calibrado.

¿Significa un certificado de límites especiales que el termopar es preciso?

Significa que el alambre cumplió un límite más estricto contra la función de referencia cuando se probó. La precisión en servicio depende del par, de la homogeneidad de ambos alambres a lo largo del recorrido instalado y de la contaminación. Para los tipos R y S, el límite especial es de más o menos 0.6 °C o 0.1 % de la lectura, frente a más o menos 1.5 °C para la clase estándar.

¿Por qué el contenido de rodio es tan importante para el precio?

Porque el rodio es uno de los metales más caros en uso comercial y se negocia en un mercado delgado. Al 6 % de rodio, el alambre es principalmente una compra de platino. Al 30 %, como en el tipo B, el rodio es la mayor parte del costo del metal a cualquier relación de precio plausible, por lo que el mismo movimiento en el precio del rodio cambia una cotización de tipo B mucho más que una de tipo R.

¿Por qué un termopar de platino-rodio deriva?

Tres razones dominan: contaminación por hierro, silicio o fósforo del tubo de protección o del entorno; migración de rodio a alta temperatura, que cambia la composición local; y trabajo en frío o daño mecánico a lo largo del recorrido, que crea desplazamientos de voltaje locales. Las dos primeras son químicas y la tercera es física, y solo la primera se previene fácilmente mediante la selección.

¿Se puede doblar y enderezar el alambre en servicio?

Se puede doblar a un radio mínimo y no debe enderezarse repetidamente. Por encima de aproximadamente 1.300 °C, los granos crecen hasta que el alambre es una cadena de unos pocos cristales, y en ese punto un ciclo térmico lo rompe. El soporte a lo largo del recorrido y un radio de curvatura generoso extienden la vida útil más que cualquier cambio de grado.

Resumen

Un alambre de platino-rodio es la mitad de una medición. El tipo fija ambas aleaciones, la clase de tolerancia fija el error y el par fija la precisión. Una lista de propiedades que elogia la conductividad ha descrito el material equivocado, porque estas aleaciones conducen mal y se compran por la reproducibilidad de un voltaje.

El lado comercial sigue al rodio. Al 6 %, el alambre se comporta como platino con un recargo, y al 30 %, se comporta como rodio con una adición. El lado de fallo sigue al entorno: la contaminación desplaza la lectura lentamente, el crecimiento de grano rompe el alambre repentinamente, y ninguno es visible en un certificado de composición.

Referencias

ASTM E230/E230M, especificación estándar para tablas de temperatura-fuerza electromotriz para termopares estandarizados, para las funciones de referencia y los límites de error estándar y especiales para los tipos B, R y S.

IEC 60584-1, termopares, tablas de referencia y tolerancias, para las funciones de referencia internacionales y las tolerancias de clase 1, 2 y 3.

BIPM, guía de termometría secundaria, termometría de termopares, para el tratamiento de la inhomogeneidad, el recocido y la deriva en termopares de metales nobles.

ASTM E220, calibración de termopares por técnicas de comparación, para el método utilizado cuando un par se calibra contra una referencia.

Tablas de tipo publicadas para termopares de metales nobles, para las composiciones de las patas de los tipos B, R y S y sus rangos de temperatura declarados.

Datos técnicos del fabricante para alambre de termopar de platino-rodio, para las temperaturas prácticas de uso continuo y los requisitos de protección en la parte superior de cada rango.

ISO/IEC 17025, requisitos generales para la competencia de laboratorios de ensayo y calibración, para lo que representa un certificado de calibración de un tercero.

Las cifras de tolerancia citadas aquí son los límites publicados de los estándares nombrados, y se aplican a alambre nuevo probado contra la función de referencia. No son una declaración de precisión en servicio, que depende del par, de la homogeneidad a lo largo de la longitud instalada y de la contaminación. Las participaciones de costos son ilustraciones aritméticas del efecto de la fracción de rodio a ratios de precios asumidos, y no son una cotización de precios ni una previsión de mercado. Los rangos de tipo son los rangos sobre los cuales se define una tolerancia, y el uso fuera de ellos es posible sin una reclamación de precisión definida. La selección del tubo de protección y la camisa es específica de la aplicación y no está cubierta por la especificación del alambre. Los estándares se revisan, y la edición nombrada en el pedido rige. Nada de esto es un sustituto de una liberación de ingeniería o de la calibración acordada entre comprador y proveedor.